乳白玻璃生產中節能優化的探索

江湘輝

摘 要：針對日用玻璃陶瓷生產過程的能耗環節進行探索，優化配方使其更適合于電熔爐的生產工藝，通過對配方中各氧化物引入的原料進行優化，降低原料整體熔點，增加出料量，最終達到降低能耗、減少成本的目的，提高企業在行業中的竟爭力。

關鍵詞：能耗環節;生產工藝;配方優化;原料優化

1 引 言

目前在生產的日用玻璃陶瓷企業，基本是采用全電熔爐工藝，其相對傳統的馬蹄火焰爐具有節能環保、揮發率低、產品白度高的優勢;但電價成本整體較高，加之電熔爐的鉬電極工藝對爐體侵蝕較為嚴重，爐體后期維修困難，電熔爐體的使用壽命較之火焰爐周期短。目前電熔爐的能耗雖然相對于火焰爐能耗減少，但是生產成本還是居高不下。本文主要探索在目前的電熔爐技術條件下，通過配方配比和原料選擇的優化，在保證產品質量的前提下，進一步降低能耗成本，提高出料量，延長爐體使用周期，并期望能對企業生產有一定的參考意義。

2調試的思路

通過在2.5噸電熔爐上進行配方調試，得到結果參數后，再運用到40噸大爐上進行正式生產應用。主要是從配方調整和原料選擇、工藝調整等方面來進行節能優化。

2.1配方上的優化調整

（1）選擇合適的氧化鈉含量，提高電熔爐中高溫玻璃液的導電性;根據焦耳定律Q=I2Rt，電流的大小跟發熱量成正比;玻璃液在高溫狀態下，由于堿金屬離子導電性，電流通過并產生熱量，提供給玻璃液進行熔化澄清;當電熔爐出料量固定時，所需的熱量是固定的，所需的電流也是恒定的;在恒電流前提下，從公式P=I2/R和I2=P/R中知道，當配方調試到電熔爐的高溫玻璃液電阻率在較低的狀態，那么所需的輸入功率也處于低水平，也就達到了低單耗水平的目標。

在表1中可以看出，在恒電流為1.39kA和恒出料為2.6T/D的熔化工藝條件下，隨著氧化鈉含量的增加，功率和用電量在下降，單耗也在往下減少。從而驗證了在一定的條件下，隨著氧化鈉含量的增加，高溫玻璃液導電性變好，電阻率減少的規律;從電爐的運行數據來看，用電量最高值跟最低值相差達到11%，單耗相差達到10.8%，幅度還是較大。

表1中隨著氧化鈉含量增加，玻璃液導電性能變好的遞增趨勢在減弱，產品料線變長，成型較困難，后期產品的化學性能穩定性和耐熱性能變差，綜合這些因素的影響，配方氧化鈉的含量最后確定在13%。單耗相對比單耗最大值減少8.4%。

（2）共堿的助熔作用。

表2調試的前提條件是：在電熔爐恒功率、恒用電量的條件下，通過調整配方中氧化鉀和氧化鈣含量，來觀察共堿在電熔爐的高溫助熔能力。

從表中可以看到，通過在配方中進行增加氧化鉀減少氧化鈣的調試，使鈉鉀的總量提高，增加其共堿的作用，在用輸入功率恒定的條件下，出料量有一定的提高，單耗也下調了，從而驗證了共堿對玻璃液高溫熔化有較好助熔作用，考慮到氧化鈣對成形料性的控制作用和提高產品的化學穩定作用，原料價格便宜，有利于原料的成本價格控制等因素，配方的氧化鈣控制在2%，鈉鉀共堿總量在15.5%。

2.2原料選擇上的優化

2.2.1硅元素的加入原料

（1）SiO2在玉晶玻璃配方中約占67%，主要加入物原料是石英砂，其熔點在1800℃以上，加入量多且熔點高，所以選擇符合熔化工藝參數的石英砂，就顯得較為重要。

從表中可以看到，當石英砂在20-60和40-100這兩個目數規格時，顆粒太粗，造成熔化不完成，有砂泡的現象，產品合格率較低。如提高電熔爐的熔化溫度，可以解決該問題，但同時也增加單耗，不是最佳的解決方式。

在40-180目這個目數規格時，由于細顆粒數量較多，這部分顆粒較早反應后形成的玻璃液跟主體玻璃液形成不同體系，容易在玻璃液底部形成死料層，造成了產品內部的內應力，并形成產品冷炸的這種質量情況。

顆粒度在40-140這個規格時，熔化效果基本達到正常水平，既保證了熔化溫度和單耗的低水平，產品合格率也最高，是最合適的參數。

（2）用鈉長石代替部分二氧化硅。

鈉長石中含有SiO2約70%，Na2O約10%，熔點為1100℃，通過鈉長石代替部分SiO2，能夠降低熔點，代替部分純堿，能夠降低成本。

從表中可以看出，隨著鈉長石的加入，代替部分石英砂的量，原料的熔化溫度在下降，節省了用電成本和原料成本，但是同時也引入更多的雜質，特別是氧化鐵雜質的引入，使產品的白度降低，在保證產品質量前提下，最終確定鈉長石的加入量在8%。

2.2.2鋁元素的加入原料：

在玉晶玻璃配方中，氧化鋁在一定條件下，一部分是以氧鋁六面體的形式，跟硅氧一起并在玻璃網絡中，起到穩定結構作用，一部分與氟形成氟化鋁，減少其揮發性，是較重要的原料。

在表5中可以看到，當原料中的鋁元素以氧化鋁形式加入時，由于其熔點高，使玻璃整體的熔化溫度跟著提高，在1480℃時，熔化效果還稍差，因為爐體工藝問題，再提升溫度難度較大;而以氫氧化鋁形式加入時，由于其在脫去水份子后，生成活性的Y-Al2O3，在1440℃就可以達到較好的熔化，較大降低熔化溫度。

2.2.3 氟元素的加入原料：

在本廠的玉晶玻璃配方中，氟元素的加入是起到乳濁劑作用。

在恒功率100.5kW和恒出料量2.6T/D的工藝條件下，從表中可以看出，采用冰晶石基本也能達到較好效果，但其價格偏高，氟元素在原料中占比高，是主要加入量，考慮到原料價格成本的原因，最后放棄;

氟化鈣由于較難分解，導電性差，導致料層越來越厚，只有通過減少出料量來維持電熔爐工藝平衡和料層的厚度，使單耗較大增加。

氟硅酸鈉最容易熱分解，在電熔爐的熱料層中就可以分解出Na+，較大提高導電性能和鉬電極的導電效率，但也使得電熔爐的冷料層太薄，工藝稍微波動時，容易出現料層“紅頂”事故。

通過氟化鈣和氟硅酸鈉兩種原料一起配合使用，其中氟化鈣占比20%，氟硅酸鈉占比80%，料層基本可以控制在15cm左右，達到既保持生產穩定又提高鉬電極導電效率、減少單耗的目的。

2.2.4硼元素的原料加入

在玉晶配方中，加入硼元素的主要目的是降低膨脹系數，提高耐熱性能，是主要元素之一。

在保持恒功率恒出料量的相同工藝條件下，表7記錄各硼原料分別投產2天后的冷料層厚度，從表中可以看到冷料層的厚度：硼酸〉十水硼砂>五水硼砂，并且隨著時間的推移，硼酸跟其他兩種硼原料的冷料層厚度差異會越來越大，其原因是由于五水、十水硼砂，分解產物有氧化鈉，提高料層的導電性，使熱點提高，從而提高導電熔化效果。

由于十水硼砂在電熔爐的熱料層中失去結晶水時損失的熱量相對比五水硼砂更大，并且五水硼砂有更高的氧化硼含量，更少的結晶水，在價格成本中更有優勢。單耗更少，采用五水硼砂。

3其他工藝優化

3.1配合料中水份控制

水分的控制在配合料較為重要，水份太少，除了粉塵多之外，石英砂之類的難熔原料，其表面跟純堿結合度不夠，造成混合料在運送過程容易分層，均勻度也不好。結合度不夠也導致難熔原料在電熔爐熔化中，產生負面影響。

水份過量，由于堿的水解作用跟氟原料發生反應，并產生熱量，加上混料過程中機械轉動產生了一定的溫度，這些因素造成混合料容易結塊，使配合料運送過程的堵死。水份太多也易使電熔爐的冷料層加厚，加大耗電成本。

通過在原料中加入不同水份含量的調度，對配合料的均勻度、結塊情況、電熔爐冷料層厚度、電熔的熔化情況等方面進行判斷，最后確定水分控制在1.5%較為合適，達到確保配合料在較少水份的情況下，堿和硅能夠有足夠的結合度和混合料的均勻度，降低單耗。

3.2冷料層厚度的確定：

在表中可以看到，在恒功率的工藝條件下，隨著冷料層的加厚，爐面的溫度下降，電熔爐熱點下移，外鉬電極的導電效率降低，為了維持電熔爐的工藝平衡，出料量一直減少，使得單耗明顯增大。

但當冷料層太薄時，由于爐面溫度高，散熱快，單耗反而增大，而且也容易造成“紅頂”的生產事故，所以在保障不“紅頂”的情況下，盡量減少冷料層的厚度，提高鉬電極導電效率。本次得到的較佳參數是20cm，較好的通過料層厚度調節來降低單耗。

通過以上措施在2.5噸電熔爐上進行配方、原料和其他重要工藝的優化調試，確定最佳的參數并總結如表9，把優化的參數在40噸電熔爐上進行試驗。出料量較大的提高，鉬電極的用電效率進一步的上升，能耗又再進一步降低。

當然，40噸爐的使用過程，不可避免又帶來了系列的難題，比如大爐電流密度不均勻，使得爐體中間部位跟四周溫度相差較大;

通過跟窯爐廠家的合作，改變鉬電極的放電方式：由原來的兩支鉬對角放電改為三支鉬電極的三角放電，較好解決了這個問題;

4結語

通過以上配方上導電性能的調整、原料品種的合理選擇、工藝合理控制，并在大爐上的順利實施進行。整體的能耗下調了15%左右，較好的節省了能耗成本，為公司的可持續發展提供了有強力支撐。

參考文獻